三維GIS助力地下管線管理

1、三維GIS助力地下管線管理地下管線管理發(fā)展遲滯我國城市地下管線信息化建設(shè)發(fā)展的比較晚，落后的管理手段使得對城市地下管線的管理粗放而無力。我國地下管線信息化發(fā)展歷程大致可以分為三個發(fā)展階段：圖紙檔案階段、二維信息化階段、三維信息化階段第一階段：圖紙檔案階段上世紀90年代中期以前，很多城市內(nèi)部各類專業(yè)管線的資料還都是老的建設(shè)圖紙，先進點兒的會有CAD電子圖紙和紙質(zhì)材料，這些材料都在大大的資料室中厚重的堆積著，保管起來繁瑣，附近歷史資料查找起來不便，管理員一旦換崗交接很可能就會造成資料再也找不到的現(xiàn)象。部分單位嘗試采用計算機機助成圖方法來管理地下管線資料，仍不能擺脫傳統(tǒng)檔案資料管理模式。第二階段：二

2、維信息化階段上世紀90年代后期至2005年，城市地下管線種類增加，規(guī)模擴大，承擔(dān)的功能越來越復(fù)雜，在城市規(guī)劃、建設(shè)與管理方面的作用日益明顯。地下管線資料的不全、不準、不現(xiàn)勢和不一致問題日漸突出。傳統(tǒng)的管線信息的載錄、傳導(dǎo)方式、應(yīng)用及分析技術(shù)，已經(jīng)滿足不了城市地下管線的管理和規(guī)劃的科學(xué)化、現(xiàn)代化的需要。城市地下管線信息化的目標由最初的編繪綜合地下管線圖逐步過渡到建立城市綜合地下管線數(shù)據(jù)庫。城市地下管線普查工作也逐步走向規(guī)范化、標準化和現(xiàn)代化。各種形式和各種規(guī)模的二維地下管線信息系統(tǒng)相繼啟動。管線信息系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用，極大地改善了人們管理大規(guī)模地下空間數(shù)據(jù)的能力，成為城市管線管理、規(guī)劃管理和輔助決

3、策的重要工具。第二階段：三維信息化階段2005年至今，隨著管線管理應(yīng)用的不斷深入，城市地下管線隱蔽 ( 埋設(shè)在地下 ) 、復(fù)雜 ( 種類多，縱橫交錯，密如蛛網(wǎng) ) 、動態(tài) ( 城市建設(shè)不斷擴大，新管線不斷增加，舊管線也不斷在更換或廢棄 ) 、信息量大的特點使簡單的二維管線管理系統(tǒng)無法真實的反應(yīng)地下管線的空間特征信息，地下管線管理急需向三維管線管理進行升級，在此過程中，受制于三維GIS顯示技術(shù)和維護成本等因素，限制了地下管線管理信息化的發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：海量三維地下管線數(shù)據(jù)的加載和顯示效率低下；人工三維建模時間長，人力和物力成本過高；三維模型數(shù)據(jù)的維護和更新過程復(fù)雜、系統(tǒng)維護代價大。

4、三維GIS快速崛起近年來，隨著基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)豐富、三維技術(shù)發(fā)展成熟以及硬件支持能力提升，三維GIS以令人驚訝的速度發(fā)展起來并得到了各行業(yè)用戶的認同。在城市規(guī)劃、綜合應(yīng)急、軍事仿真、虛擬旅游、智能交通、海洋資源管理、石油設(shè)施管理、無線通信基站選址、環(huán)保監(jiān)測、地下管線等領(lǐng)域備受青睞。在國外三維GIS產(chǎn)品搶占市場眼球的同時，國內(nèi)也涌現(xiàn)了一批優(yōu)秀的三維GIS平臺，如我公司自主研發(fā)的EV-Globe、適普軟件有限公司的IMAGIS，靈圖軟件技術(shù)有限公司的VRMap等。在國外三維GIS廠商占有市場先機的情形下，國內(nèi)三維GIS廠商異軍突起，并擁有了令人驚喜的表現(xiàn)。北京國遙新天地信息技術(shù)有限公司的EV-Glob

5、e 軟件是國內(nèi)著名也是最成熟的三維地理信息系統(tǒng)軟件，被廣泛應(yīng)用在與地理位置相關(guān)的各個領(lǐng)域。利用EV-Globe軟件，可以將城市管線的海量信息合理的組織起來，把現(xiàn)實世界中的對象的空間位置和相關(guān)屬性有機的結(jié)合起來，避免了在施工規(guī)劃及建設(shè)過程中人工查閱大量信息，并且工作人員獲得到的信息也更加可靠和準確。借助三維GIS平臺特有的空間分析功能和可視化表達、進行各種輔助決策分析，滿足生產(chǎn)、科研、管理、決策等對空間信息的可視化需求，使規(guī)劃設(shè)計人員擺脫用彩筆與大圖紙進行手工計算的規(guī)劃工作現(xiàn)狀，大大縮短規(guī)劃工作周期，進一步提高規(guī)劃方案的準確性、科學(xué)性。地下管線引入三維GIS基于城市地下管線管理現(xiàn)狀的概況和地下管

6、線的特點，借助三維GIS的技術(shù)優(yōu)勢，綜合管線信息系統(tǒng)基于三維GIS平臺，以城市地形圖為基礎(chǔ)，城市地下管線的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)為核心，結(jié)合計算機技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)庫和圖象處理等技術(shù)，能快速提供真實準確的地下管線信息，實現(xiàn)快速查詢、專業(yè)分析，為城市地下管線的日常管理、設(shè)計施工、分析統(tǒng)計、發(fā)展預(yù)測、規(guī)劃決策提供可靠依據(jù)。為城市地下管線的規(guī)劃設(shè)計提供全面、準確的基礎(chǔ)資料。三維綜合管線信息系統(tǒng)通過處理統(tǒng)一標準的的探測成果數(shù)據(jù)，建立高精度、可靠性的地下管線數(shù)據(jù)庫，基于組件化參數(shù)自動生成海量管線三維模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)更新。提供查詢、統(tǒng)計以及各種數(shù)據(jù)格式輸出功能，實現(xiàn)任意斷面分析、網(wǎng)絡(luò)分析，管線工程輔

7、助設(shè)計等具有空間決策支持和專家系統(tǒng)雛形的分析與設(shè)計功能。搭建公共數(shù)據(jù)交換服務(wù)平臺，在城市地下管線管理單位、各專業(yè)管線權(quán)屬單位、以及其他地下管線資料使用單位之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提供多層次、多元化的綜合管線基礎(chǔ)資料信息服務(wù)，推動綜合地下管線現(xiàn)代化管理與應(yīng)用。EV-Globe三維平臺解決了長期限制三維地下管線管理發(fā)展的技術(shù)性難題，形成了成熟的城市地下管網(wǎng)專業(yè)三維平臺。平臺主要包括海量管線數(shù)據(jù)三維可視化、三維參數(shù)化組件自動建模、三維模型數(shù)據(jù)自動更新和四維管網(wǎng)全生命周期管理四個專業(yè)引擎，共同構(gòu)建真實的三維場景。海量管線數(shù)據(jù)三維可視化地下空間廣闊，地下三維場景中存在復(fù)雜而密集的地下管線實體模型，中心城區(qū)地下

8、管線三維模型就存在幾千萬個三角面需要渲染；另外，地下管線的瀏覽也存在著基準面不確定和相機控制等一系列難題。為此，平臺研發(fā)了針對地下管線的三維可視化引擎，解決上述問題。在解決地下管線模型數(shù)據(jù)量大、運行效率低下方面，平臺借鑒了當前最高效的地形動態(tài)渲染技術(shù)和金字塔模型，將地下管線數(shù)據(jù)按照四叉樹結(jié)構(gòu)分級、分塊，動態(tài)管理。同時，應(yīng)用高級幾何實例（GeometryInstance）渲染方法，充分開發(fā)GPU的硬件加速能力，最大限度的利用顯卡達到高效渲染的目的。海量管線數(shù)據(jù)三維可視化引擎適應(yīng)了廣域、高密度的地下管線現(xiàn)狀，能夠高效運行。依據(jù)現(xiàn)在的設(shè)計思路，引擎可以加載全球范圍內(nèi)高密度管線三維模型運行，每秒50幀

9、以上。三維參數(shù)化組件自動建模針對手工建模時間過長、成本過高等問題，平臺提供三維參數(shù)化組件建模引擎，依據(jù)組件的具體參數(shù)進行精確計算，在顯示海量三維管線數(shù)據(jù)的同時，注重細節(jié)與視覺美觀的展現(xiàn)，使顯示效果逼真。包括自動生成多種角度的三通，四通，多通等彎頭。 自動關(guān)聯(lián)顯示管線附屬物模型（包括多種井類附屬物，路燈，消防栓，變壓器，閥門等等），通過自動吸附算法，將井蓋，路燈的附屬物模型自動與地面高度一致，還可以應(yīng)用井蓋透明的效果查看當前井中管線的情況。提供標準色顯示和紋理顯示兩種顯示模式，提升管線的三維顯示效果。三維模型數(shù)據(jù)自動更新隨著城市的發(fā)展，管線數(shù)據(jù)更新頻繁，數(shù)據(jù)維護過程復(fù)雜繁瑣。平臺從管線工程數(shù)據(jù)入

10、庫更新到組件模型數(shù)據(jù)生成，再到客戶端自動下載更新、建模和組件組裝設(shè)計了整套的動態(tài)管理機制，無需人工參與即可實現(xiàn)三維場景與數(shù)據(jù)庫的同步。四維管網(wǎng)全生命周期管理在以往地理信息系統(tǒng)中，我們都使用傳統(tǒng)的空間位置模型來記錄空間實體對象。三維GIS在地下管線管理中的應(yīng)用，推進了四維管網(wǎng)全生命周期管理。對于地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)而言，數(shù)據(jù)處在高頻更新狀態(tài)，管網(wǎng)在不斷埋設(shè)、改線、廢棄。如果使用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型來記錄地下管線，只能夠展現(xiàn)最后更新的管網(wǎng)狀態(tài)，變化過程無法記錄，更不能看到管線修改前的狀態(tài)或者區(qū)域管網(wǎng)的歷史場景進行追蹤還原。為了能夠解決上述問題，對地下管網(wǎng)進行深入而全面的管理，平臺設(shè)計了時空一體的四維度管網(wǎng)數(shù)據(jù)模

11、型，如下圖所示：真實的三維場景建立一個完整的應(yīng)用系統(tǒng)，除了相關(guān)專業(yè)數(shù)據(jù)的展示和加載，還要對整個三維場景進行管理。加載高清影像，DEM數(shù)據(jù)，同時加載高精度仿真三維模型和模擬真實的場景效果。三維地下管線典型應(yīng)用近幾年來，國內(nèi)許多地區(qū)開始不滿足于地下管線的二維或者局部三維的展示和應(yīng)用，實現(xiàn)了大場景三維地下管線管理，以其直觀、高效和功能強大等特點，顯著提升了城市地下管線的管理水平。我公司自主研發(fā)的三維地下管網(wǎng)專業(yè)平臺在天津、甘肅、山東等地進行了良好應(yīng)用。天津地下空間信息綜合管理系統(tǒng)在天津?qū)嵤┑牡叵驴臻g信息綜合管理系統(tǒng)項目要求對天津市城區(qū)內(nèi)所有地下管線進行三維統(tǒng)一管理，特點是數(shù)據(jù)量非常龐大、數(shù)據(jù)更新特別

12、頻繁。針對該項目特點，公司進行了三維底層的研發(fā)支持，構(gòu)建了地下空間行業(yè)三維引擎，搭建了天津地下空間信息綜合管理系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了對地下管線、地下室、地鐵和地質(zhì)等海量地下空間數(shù)據(jù)的動態(tài)管理，基于工程數(shù)據(jù)的管線和地下建構(gòu)筑物三維自動建模、實時數(shù)據(jù)更新，海量地下空間數(shù)據(jù)的高效渲染(天津近三萬公里地下管線)，功能強大的專業(yè)查詢、統(tǒng)計、空間分析和輔助規(guī)劃，開拓性的四維空間管理，為政府宏觀決策提供準確詳實的數(shù)據(jù)，為地下空間規(guī)劃管理和城市建設(shè)提供信息服務(wù)和決策支持。甘肅三維管網(wǎng)綜合信息平臺甘肅某地的三維管網(wǎng)綜合信息平臺支持對地下管線、地上輸配線路，地下掩體和地上各類建筑等空間數(shù)據(jù)的三維場景展示和動態(tài)管理，地上

13、地下一體化應(yīng)用。通過流程技術(shù)、無線傳感技術(shù)、實時監(jiān)控監(jiān)測技術(shù)，實現(xiàn)全面管理、流程控制、上下聯(lián)通、實時監(jiān)控，切實保障數(shù)據(jù)的持續(xù)更新和有效利用，對管線、施工、企業(yè)安全生產(chǎn)實施全生命周期、全局全方位、立體式的管理和監(jiān)控，幫助管線單位安全生產(chǎn)、增效節(jié)支，幫助相關(guān)部門協(xié)同高效地落實安全監(jiān)管。山東地下管線綜合管理信息系統(tǒng)在山東省臨沂市應(yīng)用的地下管線綜合管理信息系統(tǒng)，以三維GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)技術(shù)，通過統(tǒng)一的管線探測工程，結(jié)合動態(tài)更新管理機制，建成管網(wǎng)信息采集、監(jiān)控、數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)為一體的綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)全市地下管網(wǎng)的數(shù)字化、精細化和智能化的管理，將地下管網(wǎng)信息由多家封閉管理的模式變?yōu)椤凹小?、“協(xié)同”、“智能”的創(chuàng)新管理局面。 系統(tǒng)實現(xiàn)了與數(shù)字化城市管理系統(tǒng)和施工現(xiàn)場遠程監(jiān)控和指揮系統(tǒng)、公用事業(yè)產(chǎn)品在線監(jiān)測系統(tǒng)、市污水處理監(jiān)測指揮系統(tǒng)、頁巖磚廠煙塵廢氣監(jiān)